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DE1812994A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines faserverstaerkten Verbundkoerpers - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines faserverstaerkten Verbundkoerpers

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DE1812994A1
DE1812994A1 DE19681812994 DE1812994A DE1812994A1 DE 1812994 A1 DE1812994 A1 DE 1812994A1 DE 19681812994 DE19681812994 DE 19681812994 DE 1812994 A DE1812994 A DE 1812994A DE 1812994 A1 DE1812994 A1 DE 1812994A1
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Germany
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fiber bundle
matrix material
shaped
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DE19681812994
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Middleton Henry Edward
Jack Palfreyman
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Rolls Royce PLC
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Rolls Royce PLC
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Description

PATENTANWÄLTE
DIPL.-ING. GONTHER KOCH DR. TINO HAIBACH
8 München 2, 5.Dezember I968
UNSER ZEICHEN: HJOO - K./vM
Rolls-Royce Limited, Derby, Derbyshire, England.
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines faserverstärkten Verbundkörpers
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Verbundmaterials und insbesondere aber nicht ausschließlich auf kohlenstoffaserverstärkte Kunststoffmaterialien.
Gemäß der Erfindung wird'das Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Verbundmaterials in der Weise durchgeführt, daß zunächst kontinuierlich Fasern unter Spannung auf ein Formstück gewickelt werden und gleichzeitig eine härtbare Matrix auf die Faser oder die Fasern an einer Stelle in der Nähe des Formkörpers aufgebracht wird und daß anschließend das Matrixmaterial ausgehärtet wird.
Die Faser oder die Fasern können anfangs aus einem Wärraebehandlungsofen abgezogen werden, bevor sie auf den Formkörper gewickelt werden.
Die Fasern oder Fäden können Kohlenstoffäden oder Borfäden sein.
Der Formkörper weist vorzugsweise eine stromlinienförmige Gestalt auf und so können Statorschaufeln und Rotorschaufeln für ein Gasturbinenstrahltriebwerk hergestellt werden, die in Längsrichtung verlaufende Fasern aufweisen.
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AJ
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bestehend aus einem oder mehreren Formkörpern zum Aufwickeln der Fasern oder Fäden unter Spannung und auf Mittel zum Zuführen eines aushärtbaren Matrixmaterials auf die Formkörper und auf eine Vorrichtung zum Aushärten des Matrixmaterials.
Die Vorrichtung kann zwei oder meliere Formkörper aufweisen, die auf einem drehbaren Träger montiert sind und Führungsmittel können in der Nähe der Formkörper vorgesehen werden, um die Fasern oder Fäden gleichmäßig anzuordnen. Jeder Formkörper kann aus einem zweiteiligen Gesenk bestehen, dessen innere Oberflächen eine stromlinienförmige Gestalt haben.
Die Faser oder die Fasern können um eine Spanntrommel herumgeführt werden, bevor sie-auf jeden Formkörper aufgewickelt werden.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, ;.;
Fig. 2 in größerem Maiästab eine Ansicht eines in der-Vorrichtung gemäß Fig.! benutzten Formkörpers.
Ein kontinuierlich verlaufender Faden 1, der aus einer einzigen - . Faser oder einem Faserbündel bestehen kann, tritt aus einem ^Of en -2 hervor, der die letzte Stufe eines Wärmebehandlungsverfahrens zur Herstellung der Faser bilden kann. Der Faden läuft über eine Trommel 3, die als Spannvorrichtung arbeitet und er läuft dann über eine Führung 4 nach einer Trommel 5, auf der mehrere Formkörper 6 aufgesetzt sind. ■
Die Trommel 5 wird durch nichtdargestellte Mittel durch die sie tragende Welle 7 gedreht und die Fäden werden auf den Formkörpern 6 über Ablenkkörper δ festgelegt.
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Gemäß dem dargestellten Aus führungsbeispi el besteht die Vorrichtung zur Zuführung eines härtbaren Kunststoffes aus einem Zuführungsrohr 9 und einer Düse 10, die in der Nähe der Formkörper angeordnet ist. Das Kunstharz wird dem Faden gleichzeitig mit der Aufwicklung des Fadens auf dem Formkörper aufgebracht. Wenn die Trommel gedreht wird, werden kontinuierlich die Fäden in dem Formkörper 6 abgelagert, wodurch die gewünschte Gestalt zustandekommt.
Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Formkörper aus einem aus zwei Hälften zusammengesetzten Gesenk mit stromlinienförmig gestalteten Oberflächen, wobei die beiden Hälften so zusammengehalten werden, daß sie einen stromlinienförmig gestalteten Raum einschließen, in den der Faden kontinuierlich eingebracht wird.
Das erfindungsgeaiäLße Verfahren hat den wesentlichen Vorteil gegenüber herkömmlichen Verfahren zur Herstellung stromlinienförmig gestalteter Schaufeln, bei denen Blätter aus Kunstharz imprägnierten Fasern aufeinander gelegt und in ihre Endgestalt gepreßt wurden. Das erfindungsgemäöe Verfahren vermeidet ein Brechen der Fasern beim Einpressen in die Form, was dann notwendigerweise auftritt, wenn die Schaufeln aus Blattmaterial hergestellt werden, weil nach der Erfindung Jede Faser ianter Spannung aufgewickelt und mit Kunstharz überzogen wird. Hierdurch ergibt sich ein geringer Druck auf jene Fasern am Oberteil und das Kunstharz wird im wesentlichen frei von Hohlräumen eingebracht. Das erfindungsgemäße Verfahren schafft auch die Möglichkeit, das Verhältnis zwischen Faseranteil und Kunstharzanteil in bestissater Weise einzustellen.
Außerdem wircl das Kunstharz auf die Faser aufgebracht unmittelbar bevor die Aufwicklung erfolgt und zwar entweder im unausgehärteten Zustand oder im teilweise ausgehärteten Zustand und ein Aushärtofen kann in geeigneter Meise auf einer Seite oder am Boden der Tromme."1 untergeferaent werden, iaade» die Aushärtung vonstatten gehen kann, wenn das Verfahren fortgesetzt wird.
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Die Ablenkkörper l6 werden benutzt, um zu gewährleisten, daß die Fasern im Formkörper geradlinig verlaufen und keine Krümmung besitzen. Es kann daher notwendig sein, eine geeignete Vorrichtung zum Abziehen der Führungen ο vorzusehen, wenn sie der Rahmen füllt.
Die stromlinienförmig gestalteten Bauteile, die durch das erfindungsgemäiBe Verfahren erzeugt sind, besitzen in Längsrichtung verlaufende Fasern und besitzen daher eine hohe Zugspannung und sind se geeignet als Rotorschaufeln eines Gasturbinenstrahltriebwerks.
Es können gewisse Abwandlungen der Ablenkkörper δ und der Formkörper 6 getroffen werden, um eine hohle Schaufel zu erzeugen. In diesem Fall ist in den Raum 11 ein geeignet gestalteter Kern einzusetzen, auf den die Fäden durch die Ablenkkörper δ abgelenkt werden.
Patentansprüche:
909834/123

Claims (6)

■- 5 - 181?994 Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung faserverstärkten Verbundmaterials, dadurch gekennzeichnet , daß eine kontinuierliche Faser (l) oder ein aus kontinuierlichen Fasern bestehendes Faserbündel unter Spannung auf einen Formkörper (β) aufgebracht wird, wobei gleichzeitig ein aushärtbares Matrixmaterial auf die Faser (l) oder das Faserbündel aufgebracht wird und abschließend das Matrixmaterial ausgehärtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Faser (l) oder das Faserbündel aus einem Wärmebehandlungsofen (2) abgezogen wird, bevor eine Aufwicklung auf dem Formkörper (6) erfolgt.
3· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und -2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus einem oder mehreren Formkörpern (6) besteht und daß Mittel vorgesehen sind, um die Faser oder das Faserbündel unter Spannung auf jedem Formkörper aufzuwickeln, und daß ferner Mittel vorgesehen sind, um ein aushärtbares Matrixmaterial (9.,1O) aufzubringen und schließlich Mittel zur Aushärtung des Matrixmaterials.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3*
dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtung einen Wärmebehandlungsofen (2) aufweist, durch den die Faser (1) oder das Faserbündel hindurchtritt, bevor es auf den Formkörper (6) aufgewickelt wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Formkörper (6) auf einem drehbaren Träger (5) gelagert sind.
y 09834/1236 - -■'- —
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 oder 4 oder 5> dadurch gekennzeichnet , daß eine Führung (8") zwischen zwei benachbarten Formkörpern (6) liegt.
7· Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Formkörper zweiteilig ausgebildet ist und daß die inneren Oberflächen eine stromlinienförmige Gestalt (11) besitzen.
ü. Vorrichtung nach den Ansprüchen^» bis 7* dadurch gekennzeichnet, daß eine Spanntrommel (3) vorgesehen ist, um die die Faser oder das Faserbündel herumgeführt ist, bevor es auf dem Formkörper aufgewickelt wird.
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